我国矿产资源丰富,但是尾矿的综合利用率比较低,导致大量的尾矿积存。能源节约是创建资源节约和环境友好型社会的一个重要方向,资源循环利用是十二五规划期间的重要课题。目前,我国尾矿数量巨大,类型多,性质复杂,导致其利用率很低。作为废物堆积,不仅污染环境,还是资源的一种浪费。另一方面,我国处于经济社会大发展时期,优质材料需求量巨大,而泡沫陶瓷是一种新型的性能优良的材料,在功能材料领域也有重要应用。泡沫陶瓷是一种重要的多孔材料,目前广泛用作保温,过滤,污水处理材料,在保温材料、冶金、化工、环保、能源等领域广泛使用。 泡沫陶瓷巨大的气孔率及低的基体传导系数产生良好的热阻,因而具有低热导率、密度小、耐酸碱腐蚀、强度高熔点高的特点,是一种重要的保温隔热材料。传统上用于窑炉中的高温隔热保温,被称为“超级绝热材料”。高级的多孔陶瓷隔热材料可用于航天飞机壳及导弹弹头的隔热。另外,泡沫陶瓷以其气孔率高、孔径小的优势可以作为水质初步过滤材料,用于污水处理领域。 本课题是川南硫铁矿尾矿综合利用横向协作项目的研究内容。课题根据川南硫铁矿尾矿的特点,研究利用硫铁矿尾矿为主要原料,制备泡沫陶瓷,以提高该尾矿综合利用的水平。本课题的特点是变废为宝,利用尾矿制作泡沫陶瓷,成本低廉。研究内容紧贴生产实际,具有很强的实用性及重要的经济价值。 四川硫铁尾矿的主要矿物成分为高岭石,其本身具有一定的粘结性能。本文以该硫铁矿尾矿为主要原料,研究化学发泡及颗粒支撑气孔的泡沫陶瓷制备工艺,探讨低成本尾矿泡沫陶瓷制备新技术。通过微观结构分析、气泡稳定性分析、孔隙率及密度测定、晶相及耐酸碱性等性能分析等,系统研究化学发泡剂用量、发泡时间、颗粒支撑剂及其用量、成型以及脱水温度等对泡沫陶瓷成型、坯体及性能的影响,确定最佳工艺条件。 微观结构及气泡稳定性分析表明,以改性碳酸钙粉体为气孔支撑剂对气泡具有较好的稳定作用,达到良好的气孔稳定要求。XRD分析结果表明,泡沫陶瓷的主晶相为长石和莫来石,次晶相为氧化铁和少量石英相。综合性能特征,最佳工艺条件为:采用行星球磨机按80转/分的转速,湿法球磨混合发泡120min,2 %PVA,10%膨润土,1%表面活性剂,10%改性碳酸钙,固含量控制在37.5%~40%,pH控制在5~7,老化时间12~24h,干燥升温速率2℃/min,干燥温度65℃,干燥时间5h,烧结温度1150~1250℃,烧结时间120min。在此制备方法气孔率在40%~60%之间,容重0.8~1.3g/cm3,强度可达1MPa~3.3MPa,在10%的稀盐酸溶液腐蚀强度损失率为1.03%~3.07%,3%的氢氧化钠溶液腐蚀强度损失率在1.49%~2.66%之间。